近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室曾杰教授课题组在新能源研究领域取得重要进展，他们发明出一种新型氮化钴催化剂，在同等条件下将二氧化碳加氢反应的转换频率提高至传统钴催化剂的64倍，并可显著降低能耗。权威学术期刊《自然·能源》10月9日在线发表了该成果。
现代工业依赖化石燃料的大量使用，不仅将面临能源枯竭问题，而且对环境造成危害。因此，开发可再生能源、提高能源利用效率是重要课题。二氧化碳加氢反应是低碳化学中的重要反应，一方面可以合成化工原料，缓解二氧化碳的排放压力，实现碳能源的循环利用;另一方面可以合成甲醇，实现氢资源的储存和利用。
但由于二氧化碳的化学惰性，二氧化碳加氢反应需要在高温高压条件下实现，转化工艺存在能耗过大的问题。几十年来，人类对非贵金属催化剂在二氧化碳加氢反应中的活性物相研究仍处于起步阶段。
近日，曾杰教授课题组采用新方法形成氮化钴催化剂，在32个大气压和150摄氏度的条件下，转换频率为同等条件下钴催化剂的64倍，同时其表观活化能只有钴催化剂的一半左右。他们进一步研究表明，钴氮氢中的氨基氢原子直接加到二氧化碳分子上，可以形成甲酸根物种作为中间产物，从而大幅提升了二氧化碳加氢反应的活性。
据介绍，该研究以一种简单有效的方式，加深了学界对钴基催化剂在二氧化碳加氢反应中活性物相的理解，为今后寻找更廉价、高效的二氧化碳加氢催化剂提供了新思路，也为将来解决能源和环境问题打下基础。